一种生物活性玻璃复合膜、其制备方法及应用与流程

本发明涉及一种生物活性玻璃复合膜、其制备方法及应用，属于口腔生物医学材料技术领域。

背景技术：

慢性牙周炎是人类口腔两大最常见的疾病之一，也是成年人失牙的首位原因。牙菌斑生物膜的细菌及其产物是引发牙周炎必要的始动因子。如何抑制菌斑形成和清除菌斑是控制牙周炎的重要议题。牙周炎的常规治疗以龈下刮治和根面平整外加牙周袋内局部给药为主，疗效确定，但也存在一定的局限性，有研究表明刮治常使牙齿敏感的程度及数目增加，主要是由于:(1)刮除了部分牙骨质，有学者研究发现根面平整可以去除掉20～50μm的牙骨质，使牙本质小管暴露于外界刺激；(2)牙龈炎症消退后出现一定程度的退缩，进而暴露更多的根面。

有数据统计牙周手术后的病患中约有84％的患者深受牙本质敏感的影响，现有的治疗牙本质敏感的方法有两大类：第一类、通过直接的神经干扰来化学抑制或改变神经冲动来降低敏感性，如硝酸钾、氯化钾；第二类、通过机械的封闭牙本质小管来降低牙本质通透性并阻止小管液的流动，如酚醛类脱敏剂、氟化物脱敏剂、含锶脱敏剂、CPP-ACP、激光熔融法。但是氟化物和组合试剂所形成矿化物粒径较大，且晶体间发生有效结合的能力较差，形成的矿化物易脱落；戊二醛脱敏剂有腐蚀刺；激光仪器复杂，参数调节不当易损伤牙髓，尚未能广泛普及；硝酸钾类脱敏剂通过干扰牙本质小管内的神经传导，并不能根治敏感。另外牙周袋内局部应用的药物目前临床上以抗生素类为主，尽管对器械难以到达的部位以及炎症较重部位有良好疗效，但存在着诱导袋内耐药菌株产生的可能，不能长期使用，并且药物易从袋内流出，保留时间短，作用有限。国内应用的非抗生素类药物主要为含漱液，不能进入牙周袋内，对慢性牙周炎疗效有限。透明质酸凝胶生物制剂，也可用来辅助治疗牙周炎和牙龈炎，促进伤口愈合，减轻炎症，但售价较高，且同样存在流动性，不易在牙周袋内存留。

生物活性玻璃(45S5BGs)是一种能实现特定生物、生理功能的活性玻璃，由无机氧化物单体组成，化学结构为CaO-Na2O-P2O5-SiO2，钙磷比为1.67，和人牙、骨骼中钙磷比一致。其遇水迅速形成碱性环境，处于口腔环境时pH值大于8，有利于钙磷沉积，前期研究发现纳米级的BGs在体液环境下既可以直接封闭牙本质小管，也可以在体液中诱导磷酸钙形成，因此可以作为理想的牙本质小管封闭材料，用来防治牙本质敏感。

且由于BGs通过释放钠离子提高局部环境pH至8-8.5，具有广谱杀菌作用，对口腔龈上、龈下常见菌群有明显杀菌效果，并且其杀菌作用不同于抗生素的抗菌作用，特点是不会产生耐药性。另外BGs溶解形成表面带负电荷的Si-OH，与不同种类蛋白质结合形成高密度蛋白吸附，硅溶胶层和在其表面形成的碳酸羟基酯磷灰石(HCA)层具有高比表面积，适合吸附大量生物分子，促进吸附更多的生物分子(生长因子、胶原蛋白等)，因此其又具有生物活性这一特征。生物活性玻璃和水结合后牢固、可以稳定附着在牙齿或牙周膜表面，可很好的与软组织结合，并可促进创面的愈合。

前期研究也发现BGs对口腔常见菌群特别是龈下常见菌斑(血链球菌、伴放线放线杆菌、具核梭杆菌)有良好的抗菌性，同时还可促进牙本质表面再矿化，减少牙周手术后出现的牙本质敏感、缓解牙龈出血现象。对牙周疾病有良好的治疗效果和广阔的前景。

透明质酸(HyaluronicAcid，HA)在细胞外基质中大量存在，有研究者认为它对细胞间以及细胞内基质的粘性有影响，并且可以通过活化CD44，TLR-4和RHAMM产生抗炎和生物调节作用。目前HA由于其具有稳定的物理化学性质，良好的生物相容性、生物降解性和非免疫原性而被广泛应用于医疗、制药和美容领域。

聚乳酸-羟基乙酸(Poly Lactic-co-glycolicAcid,PLGA)是乳酸和羟基乙酸的共聚物，具有不同的分子量和分子比例，PLGA具备各种物理化学性质，如机械强度，Tg玻璃态温度，膨胀行为和降解速率等。在过去的三十多年中，大量学者因为其良好的生物相容性、可降解性以及生物安全性而使用PLGA来开发药物控制释放系统。

目前尚无将45S5BGs、HA、PLGA三种成分复合成膜，用于治疗慢性牙周炎的相关报道。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种生物活性玻璃复合膜，可缓慢释放生物活性玻璃纳米颗粒，用于牙周手术后置于牙周创面内，具有良好抗菌性、再矿化性、生物相容性和降解性，达到长效抗炎，不产生耐药性，同时促牙周组织生长，封闭牙本质小管，减轻牙本质敏感的目的。

本发明同时提供了上述生物活性玻璃复合膜的制备方法，及其在治疗牙周炎上的应用。

为了实现上述目的，本发明采用的一种生物活性玻璃复合膜，该复合膜为薄片状可降解复合材料，包括生物活性玻璃粉、透明质酸及聚乳酸-羟基乙酸；

所述生物活性玻璃粉以透明质酸及聚乳酸-羟基乙酸为载体成膜。

作为改进，所述生物活性玻璃粉为纳米颗粒，直径为80-120μm。

作为改进，所述纳米颗粒的制备是通过将生物活性玻璃加热直到熔融，将直径为80-150μm且孔径为3μm-4μm的介孔二氧化硅纳米颗粒，浸入到熔融的生物活性玻璃中，使熔融的生物活性玻璃覆盖在二氧化硅纳米颗粒表面。

作为改进，所述生物活性玻璃粉包括45％SiO2，24.5％Na2O，24.5％CaO和6％P2O5。

作为改进，所述透明质酸的相对分子量M＝1200000，采用USP级。

作为改进，所述的聚乳酸-羟基乙酸中聚乳酸和聚羟基乙酸的含量为1:1。

作为改进，所述聚乳酸-羟基乙酸的相对分子量M＝25000。

另外，本发明还提供了一种所述生物活性玻璃复合膜的制备方法，具体包括以下步骤：

1)聚乳酸-羟基乙酸端位活化

将聚乳酸-羟基乙酸溶于有机溶剂A，加入N，N-二环己基碳二亚胺和N-羟基-琥珀酰亚胺，加入催化量的三乙胺，室温反应24h，TLC薄层板显示其中的羧基消失后停止反应，反应液用5％碳酸氢钠溶液淬灭，用有机溶剂B萃取产品，抽滤，真空条件下加入干燥剂干燥，即得端位活化的聚乳酸-羟基乙酸，备用；

2)透明质酸的末端胺化合成

将N，N-二乙基乙二胺用pH为8.5的磷酸盐缓冲液溶解，称取透明质酸加纯化水溶解滴入上述溶液中，常温下反应12小时，加入还原剂，控制温度8～20℃下反应3h，将反应物放入透析袋中，用PBS缓冲溶液透析两天，冷冻干燥冻干，即得末端胺化-透明质酸；

3)透明质酸-聚乳酸-羟基乙酸共聚物载体的合成

称取末端胺化的透明质酸适量，加入pH为8.5的PBS缓冲溶液，超声溶解，加端位活化聚乳酸-羟基乙酸的溶液，室温下搅拌反应48h，采用有机溶剂A，分散产品，打浆，纯化水透析袋法透析24-72h，除去未反应的透明质酸，过滤，除盐除水，冷冻干燥，即得透明质酸-聚乳酸-羟基乙酸共聚物分散体；

4)透明质酸-聚乳酸-羟基乙酸共聚物凝胶分散体的制备

取透明质酸-聚乳酸-羟基乙酸共聚物分散体分散于纯化水，再取生物活性玻璃粉分散其中，置恒温磁力搅拌仪，扩散2-6h得胶束初混悬液，再将上述胶束初混悬液移至透析袋中，在纯化水或磷酸盐缓冲液中，透析12-48h，探头超声5-40min，即得胶束凝胶体；

5)透明质酸-聚乳酸共聚物-生物活性玻璃复合膜的制备

将透明质酸-聚乳酸共聚物-生物活性玻璃胶束凝胶体倒入模具中，静置通风40-50h，再移至真空干燥箱内室温过夜以除去残留溶剂，即得所述复合膜。

作为改进，所述有机溶剂A采用甲醇、乙醇、乙醚、乙腈、氯仿、二氯甲烷、二甲基亚砜中的一种或多种的混合；

所述有机溶剂B采用石油醚、乙酸乙酯中的一种或两种的混合。

另外，还提供了一种所述生物活性玻璃复合膜在制备用于治疗牙周炎药物上的应用。

与现有技术相比，本发明的复合膜置于牙周手术中或手术后的牙周袋中，可缓慢降解，缓慢释放生物活性玻璃纳米颗粒，具有良好的生物相容性，长效抗菌性，不产生耐药性，同时促牙周组织生长，封闭牙本质小管，减轻牙本质敏感，从而促进慢性牙周炎患者的康复，达到满意的疗效。

本发明制备的生物活性玻璃复合膜只需牙周袋内局部给药，疗效持久，并且无毒、无刺激、无致癌、致畸作用，避免了传统抗生素治疗牙周炎带来的耐药性和短效性。通过本发明的实施，有望拓展生物活性玻璃材料在慢性牙周炎治疗的新途径，改善抗生素治疗牙周病的传统理念，避免耐药性的产生，达到长效抗菌、促进牙周病损组织再生，促进牙根部敏感牙本质的再矿化的综合疗效，同时能有效降低医疗费用。

附图说明

图1为本发明实施例1中生物活性玻璃复合膜的表面元素能谱(EDS)分析图；

图2为本发明实施例2中复合膜A、B、C三组的膜厚及外观形貌，(a)膜厚，(b)外观形貌；

图3为本发明实施例2中复合膜A、B、C三组的微观形貌，其中，(a)A组，379×，箭头标示处为BGs晶体；(b)C组，74×；(c)A组，2520×；(d)B组，4640×；

图4为本发明实施例2中浸泡过程中复合膜质量损失示意图；

图5为本发明复合膜与BGs粉末的浸提液抑菌效果示意图，图中以t检验比较实验组与对照组，*P<0.05；**P<0.01；***P<0.001；A-C组以秩和检验比较同组内复合膜与粉末的细菌生长情况，#P<0.05；##P<0.01；

图6为本发明实施例2中生物活性玻璃复合膜的CCK-8细胞毒性实验结果。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

一种生物活性玻璃复合膜，该复合膜为薄片状可降解复合材料，包括生物活性玻璃粉、透明质酸(HyaluronicAcid，HA)及聚乳酸-羟基乙酸(Poly Lactic-co-glycolicAcid，PLGA)；

所述生物活性玻璃粉以透明质酸及聚乳酸-羟基乙酸为载体成膜。

作为改进，所述生物活性玻璃粉为纳米颗粒，直径为80-120μm。

作为改进，所述纳米颗粒的制备是通过将生物活性玻璃加热直到熔融，将直径为80-150μm且孔径为3μm-4μm的介孔二氧化硅纳米颗粒，浸入到熔融的生物活性玻璃中，使熔融的生物活性玻璃覆盖在二氧化硅纳米颗粒表面。

作为改进，所述生物活性玻璃粉包括45％SiO2，24.5％Na2O，24.5％CaO和6％P2O5。本发明中采用的生物活性玻璃(45S5BGs)粉体，具有以下优点：

1)成分独特：全部由无机氧化物单体组成，CaO-Na2O-P2O5-SiO2，其配方中钙磷比为1.67，和人体牙齿和骨骼中钙磷比一致；2)具有强碱性，遇水迅速形成碱性环境，用于口腔时PH大于8，有利于钙磷沉积，并具有杀菌作用；粒径小(最小可以达到90纳米以下)，比表面积大，为25M²/克至40M²/克，可最大限度地与患病部位接触并迅速产生作用；3)理化性能稳定；4)其中所含的SiO2是天然岩石的主要成分，经特殊煅烧具备多孔结构，是很好的载体材料，钙、磷、钠离子均匀分布其中，能和水结合后牢固附着在牙齿或牙周膜表面；生物活性玻璃溶解形成表面带负电荷Si-OH，与不同蛋白质结合形成高密度蛋白吸附，硅溶胶层和在其表面形成的碳酸羟基磷灰石(HCA)层具有高表面积，适合吸附大量生物分子，促进细胞外响应，吸附更多生物分子(生长因子、胶原蛋白等)；5)生物活性极强：能很好地与组织界面发生特殊生理反应(如离子与纤维蛋白、胶原蛋白形成强的化学键)，并结合持久牢固。另外，还具有良好的生物相容性：无毒、无刺激、无致癌、无致畸；良好的成骨性和骨诱导作用：激活成骨细胞MG63的活性和增殖；与骨和软组织能够良好结合性：能够促进牙周膜再生；固化迅速：由于吸附能力极强，易于在出血部位放置，具有止血作用。

作为改进，所述透明质酸的相对分子量M＝1200000，采用USP级。

作为改进，所述的聚乳酸-羟基乙酸中聚乳酸和聚羟基乙酸的含量为1:1。

作为改进，所述聚乳酸-羟基乙酸的相对分子量M＝25000。

另外，本发明还提供了一种所述生物活性玻璃复合膜的制备方法，具体包括以下步骤：

1)聚乳酸-羟基乙酸端位活化

将聚乳酸-羟基乙酸溶于有机溶剂A(甲醇、乙醇、乙醚、乙腈、氯仿、二氯甲烷、二甲基亚砜中的一种或多种的混合)，加入DCC(N，N-二环己基碳二亚胺)和N-羟基-琥珀酰亚胺，加入催化量的三乙胺，室温反应24h，TLC薄层板显示其中的羧基消失后停止反应，反应液用5％碳酸氢钠溶液淬灭，用有机溶剂B(石油醚、乙酸乙酯中的一种或两种的混合)萃取产品，抽滤，真空条件下加入干燥剂干燥，即得端位活化的聚乳酸-羟基乙酸，备用；

2)透明质酸的末端胺化合成

将N，N-二乙基乙二胺用pH为8.5的磷酸盐缓冲液溶解，称取透明质酸加纯化水溶解滴入上述溶液中，常温下反应12小时，加入还原剂，控制温度8～20℃下反应3h，将反应物放入透析袋中，用PBS缓冲溶液透析两天，冷冻干燥冻干，即得末端胺化-透明质酸；

3)透明质酸-聚乳酸-羟基乙酸共聚物载体的合成

称取末端胺化的透明质酸适量，加入pH为8.5的PBS缓冲溶液，超声溶解，加端位活化聚乳酸-羟基乙酸的溶液，室温下搅拌反应48h，采用有机溶剂A(甲醇、乙醇、乙醚、乙腈、氯仿、二氯甲烷、二甲基亚砜中的一种或多种的混合)分散产品，打浆，纯化水透析袋法透析24-72h，除去未反应的透明质酸，过滤，除盐除水，冷冻干燥，即得透明质酸-聚乳酸-羟基乙酸共聚物分散体；

4)透明质酸-聚乳酸-羟基乙酸共聚物凝胶分散体的制备

取透明质酸-聚乳酸-羟基乙酸共聚物分散体分散于纯化水，再取生物活性玻璃粉分散其中，置恒温磁力搅拌仪，扩散2-6h得胶束初混悬液，再将上述胶束初混悬液移至透析袋中，在纯化水或磷酸盐缓冲液中，透析12-48h，探头超声5-40min，即得胶束凝胶体；

5)透明质酸-聚乳酸共聚物-生物活性玻璃复合膜的制备将透明质酸-聚乳酸共聚物-生物活性玻璃胶束凝胶体倒入模具中，静置通风40-50h，再移至真空干燥箱内室温过夜以除去残留溶剂，即得所述复合膜。另外，还提供了一种所述生物活性玻璃复合膜在制备用于治疗牙周炎药物上的应用。

实施例1

一种所述生物活性玻璃复合膜的制备方法，具体包括以下步骤：

1)聚乳酸-羟基乙酸端位活化

将聚乳酸-羟基乙酸10g溶于30ml二氯甲烷中，加入DCC(N，N-二环己基碳二亚胺)3.6g和N-羟基-琥珀酰亚胺2.8g，加入0.5g的三乙胺，室温反应24h，TLC薄层板显示其中的羧基消失后停止反应，反应液用50ml的5％碳酸氢钠溶液淬灭，再用20ml乙酸乙酯萃取产品，抽滤，真空条件下加入干燥剂干燥，即得端位活化的聚乳酸-羟基乙酸7.3g，备用；

2)透明质酸的末端胺化合成

将N，N-二乙基乙二胺3.4g用100mlpH为8.5的磷酸盐缓冲液溶解，称取透明质酸5.1g加50ml纯化水溶解滴入上述溶液中，常温下反应12小时，加入还原剂2.0g，控制温度8～20℃下反应3h，将反应物放入透析袋中，用PBS缓冲溶液透析两天，冷冻干燥冻干，即得末端胺化-透明质酸2.0g；

3)透明质酸-聚乳酸-羟基乙酸共聚物载体的合成

称取末端胺化的透明质酸2.0g，加入25ml的pH为8.5的PBS缓冲溶液，超声溶解，加端位活化聚乳酸-羟基乙酸的溶液(采用二氯甲烷作为溶剂)30ml(其中，含有有效成分约4.5g)，室温下搅拌反应48h，采用50ml乙醇分散产品，打浆，纯化水透析袋法透析24-72h，除去未反应的透明质酸，过滤，除盐除水，冷冻干燥，即得透明质酸-聚乳酸-羟基乙酸共聚物分散体约5.0g；

4)透明质酸-聚乳酸-羟基乙酸共聚物凝胶分散体的制备

取5.0g透明质酸-聚乳酸-羟基乙酸共聚物分散体分散于250ml纯化水中，再分别取0.1g、0.2g、0.4g生物活性玻璃粉分散加入其中(依次称为复合膜A、B、C组)，置恒温磁力搅拌仪，扩散2-6h得胶束初混悬液，再将上述胶束初混悬液移至透析袋中，在纯化水或磷酸盐缓冲液中，透析12-48h，探头超声5-40min，即得胶束凝胶体；

5)透明质酸-聚乳酸共聚物-生物活性玻璃复合膜的制备

将制得透明质酸-聚乳酸共聚物-生物活性玻璃胶束凝胶体倒入模具中，静置通风40-50h，再移至真空干燥箱内室温过夜以除去残留溶剂，即得所述复合膜。

上述制备过程中，所述聚乳酸-羟基乙酸中聚乳酸和羟基乙酸的含量比为1:1，聚乳酸-羟基乙酸的相对分子量M＝25000；

其中，所述生物活性玻璃粉为纳米颗粒，直径为80-120μm，纳米颗粒的制备是通过将生物活性玻璃加热直到熔融，将直径为80-150μm且孔径为3μm-4μm的介孔二氧化硅纳米颗粒，浸入到熔融的生物活性玻璃中，使熔融的生物活性玻璃覆盖在二氧化硅纳米颗粒表面；

所述透明质酸的相对分子量M＝1200000，采用USP级；

用EDS能谱仪测定实施例1制得复合膜表面，结果如图1所示，生物活性玻璃复合膜表面出现了钠、钙、磷、硅四种元素，与生物活性玻璃组成相符。

另外，以0.2g惰性二氧化硅粉末代替生物活性玻璃粉作为对照(复合膜D组)。

随着BGs含量提升，复合膜厚度增加。复合膜A、B、C组平均厚度依次为(0.076±0.007)mm、(0.139±0.008)mm、(0.158±0.012)mm，复合膜D组平均厚度为(0.189±0.023)mm。复合膜大体外观如图2所示，随着BGs含量上升，复合膜颜色从灰色向白色过渡，透明度降低。复合膜A、B、C三组的场发射扫描电镜下表面微观形貌如图3所示，表面散布着BGs簇状结晶体，且随着BGs含量升高，结晶体密度增大。

另外，取本发明制得复合膜进行降解实验(浸提液离子浓度测定及复合膜质量损失)。

在EP管中放入10cm²复合膜，浸泡于10mL(1×)PBS溶液，在第1、3、5、7、9天时取上清液，补充等量PBS，摇匀，该过程重复3次。测量浸提液中钠、钙、磷元素含量及pH水平。同时，取0.1g、0.2g、0.4g生物活性玻璃粉末以相同方法浸提(得到的液体称为浸提液)，作为对照。

在第1、3、5、7、9天时，对EP管中所有内容物进行过滤，于37℃烘干至质量不变，称重三次取平均值。每组浸泡重复三次。

结合附图4所示，复合膜自实验第1天起出现不同程度的质量损失，损失量由高向低依次为：C、B、A、D。至第9日，A、B、C、D组的质量损失分别为(35.71±0.78)％、(38.01±0.06)％、45.89％、27.03％，表明本发明的复合膜具有较好的降解性能。

另外，取本发明制得复合膜进行抗菌性能测试。

将冻存的牙龈卟啉单胞菌(P.g.ATCC 33277)和伴放线放线杆菌(A.a.ATCC 29523)复苏于布氏血琼脂平板，置于厌氧工作站(80％N2，10％H2，10％CO2，37℃)。6d左右可获得光滑黑色菌落。

将细菌悬浮于布氏液体培养基，调整使600nm处吸光度为1.0，1：9稀释后加入96孔板，再加入50μL浸提液。以菌悬液+50μL PBS为空白对照组。厌氧培养2h后每孔加入20μL噻唑蓝，厌氧避光培养2h。离心后，以二甲基亚砜溶解甲臜结晶，490nm处测吸光度值。以空白对照组OD490值为100％细菌存活，其余各组OD490值与空白对照组的比值称为细菌存活率，以百分数表示。

对比前三组中复合膜与BGs粉末的浸提液抑菌效果(图5)，可以发现复合膜的抑菌效果在后期较为优秀。A组从第3天开始、C组从第7天开始，A.a.在复合膜浸提液作用下的存活率更低。A组和B组从第7天开始、C组从第5天开始，P.g.在复合膜浸提液作用下的存活率更低。以秩和检验比较同组内复合膜与BGs粉末的抑菌效果时，B组第9天、C组第9天复合膜抑菌效果明显优于BGs粉末(对A.a.)；B组第7、9天、C组第9天复合膜抑菌效果明显优于BGs粉末(对P.g.)，表明复合膜中BGs释放速度受到控制，因此提升了实验后期的抑菌效果。D组每日浸提液与对照组相比，无显著差异，说明D组无明显抗菌效果、ABC三组皆有明显抑菌效果。

另外，本发明还进行了PLGA/HA/BGs复合膜的生物安全性评价。

以DMEM低糖培养基培养人牙周膜成纤维细胞至三代。取处于对数生长期的细胞接种于96孔板，37℃培养24h，每孔加入10μL浸提液，培养24h；弃上清，每孔加入110μL CCK-8试剂，避光培养4h。以分光光度计测量450nm时的吸光度。以不加浸提液的孔为对照组，复孔3次。

方差分析的结果显示，与不加浸提液的阴性对照组相比，各实验组的OD 450值无显著统计数学差异，即CCK-8实验结果表明，生物活性玻璃复合膜不具生物毒性，具体如图6所示。

实施例2

一种所述生物活性玻璃复合膜在制备用于辅助治疗牙周炎药物上的应用，本发明的复合膜置于牙周手术中或手术后的牙周袋中，可缓慢降解，缓慢释放生物活性玻璃纳米颗粒。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。